Wie wägen Sie das Risiko für den Helikopter gegen Erkundungs- und Wissenschaftsziele ab oder probieren neue Dinge aus, wie z. B. das Ausreizen des Flugbereichs von Ingenuity?
Tzanetos: Wir müssen das Gesamtbild betrachten. Das Wichtigste an diesem Punkt ist, dass Perseverance Proben sammelt und Wissenschaft betreibt. Wenn Sie sich ansehen, was für alle wissenschaftlichen Nutzlasten des Rovers getan werden muss, ist jeder Sol [Marstag] kostbar. Und das Helikopterteam versteht das.
„Wir schulden es allen, die an Ingenuity gearbeitet haben, und allen, die weiterhin an Drehflüglern auf dem Mars arbeiten werden, zu versuchen, alles aus diesem kleinen Raumschiff herauszuholen, was wir können.“ – Teddy Tzanetos, NASA
Die zweite Funktion, die wir hinzugefügt haben, bestand darin, Informationen über das Gelände in den Navigationsfilter von Ingenuity aufzunehmen. Als wir Ingenuity entwarfen, gingen wir davon aus, dass wir nur auf dem flachen Gelände von Three Forks eingesetzt werden würden. Daher könnten wir darauf vertrauen, dass jede Änderung in der Laser-Höhenmessermessung eine echte Änderung in der Bewegung des Hubschraubers ist, oder wir könnten dies zumindest in unsere Höhendaten filtern. Aber das ist nicht mehr der Fall. Wenn der Höhenmesser jetzt beim Fliegen eine starke Abnahme der Höhe erkennt, könnte dies eher daran liegen, dass sich der Boden auf uns zubewegt, als daran, dass wir uns nach unten bewegen. Deshalb teilen wir Ingenuity seit Dezember das Höhenprofil über den beabsichtigten Flug mit, damit es weiß, was der Boden darunter macht.
Was haben Sie bei 50 Flügen über das Fliegen von Helikoptern auf dem Mars gelernt, wovon Sie keine Ahnung hätten, wenn Sie nur fünf Flüge hätten machen können?
Tzanetos: Der Kern der Herausforderung besteht hier darin, dass sich das Paradigma geändert hat. Wenn Sie sich das erste Jahr der erweiterten Geschäftstätigkeit von Ingenuity ansehen, befanden wir uns immer noch im Gebiet von Three Forks, wo der Boden flach war. Wir konnten vom Helikopter aus Hunderte und Aberhunderte von Metern Entfernung Sichtverbindung zum Rover bekommen. Unsere längste Verbindung, die wir hergestellt haben, war 1,2 Kilometer lang – eine gewaltige Distanz.
Der Ingenuity Mars Helicopter der NASA startet und landet in diesem Video, das am 19. April 2021 von Mastcam-Z, einem Imager an Bord des Perseverance Mars Rovers der NASA, aufgenommen wurde. Dieses Video zeigt nur die Momente des Starts und der Landung – und keine Aufnahmen des Helikopters, der etwa 30 Sekunden lang in der Luft schwebt.NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS
Wir versuchen, diese Flüge so aggressiv wie möglich zu planen, um sicherzustellen, dass wir Perseverance immer einen Schritt voraus sind. Wir wollen nicht das Risiko eingehen, dass der Rover auf Ingenuity warten muss – das ist für niemanden gut. Aber wir wollen auch einen Mehrwert für den Rover bieten, indem wir vorausschauen, und wir hoffen, auf Flug 50 einige Bilder des Belva-Kraters zu bekommen, das ist dieser wunderschöne massive Krater nördlich des derzeitigen Standorts von Ingenuity. Wir werden Perspektiven bekommen, die das Rover-Team dem Wissenschaftsteam nicht bieten könnte, und es ist wirklich aufregend für uns, wenn es diese Momente gibt, die auf einzigartige Weise von der Fähigkeit von Ingenuity angetrieben werden. Wir wollen ihnen nachgehen, weil wir diesen Wert bieten wollen, solange sie noch gesund ist. Solange wir es noch können. Wir schulden es allen, die an Ingenuity gearbeitet haben, und allen, die weiterhin an Drehflüglern auf dem Mars arbeiten werden, zu versuchen, alles aus diesem kleinen Raumschiff herauszuholen, was wir können.
Allgemeiner gesagt, wie hat Ingenuity die Herangehensweise der NASA an die Robotik beeinflusst?
„Zwei Jahre später, zehn Kilometer geflogen, und wir sind jetzt weit über eine Stunde am Marshimmel.“ – Teddy Tzanetos, NASA
Diese Erkenntnis gipfelte im letzten Dezember in dem anspruchsvollsten Flugsoftware-Upgrade, das wir je mit Ingenuity durchgeführt haben. Wir sind unseren Algorithmen auf den Grund gegangen und haben zwei neue Funktionen hinzugefügt. Eine war die Fähigkeit, Landungsgefahren aus der Luft zu erkennen und darauf zu reagieren, was bedeutete, Ingenuity ein wenig Autonomie zurückzugeben, mit der Fähigkeit, ihm zu sagen: „Fliege zu deinem letzten Wegpunkt und versuche dort zu landen, wo wir denken gut, basierend auf Orbitalbildern. Aber wenn Sie aus Ihren Bildern bessere Informationen haben als wir Menschen hier auf der Erde, und Sie eine Gefahr sehen, wählen Sie einen sichereren Ort und landen Sie stattdessen dort.“ Das ist also eine große Veränderung in dem, was jetzt passiert . Und das brauchen wir am Flussdelta, weil wir nicht mehr auf einem Parkplatz fliegen – neben der Herausforderung des Höhenunterschieds ist auch das Gelände anders, mit mehr und größeren Felsen, die Ingenuity vermeiden muss.
Irgendwann war der NASA sehr klar, dass die Mission von Ingenuity zu Ende gehen würde, damit Perseverance sich auf seine Hauptmission konzentrieren könne. Aber offensichtlich fliegt Ingenuity immer noch und hält immer noch mit dem Rover Schritt. Nicht nur das, wir haben von einem Rover-Fahrer gehört, wie wertvoll es ist, wenn Ingenuity vorausspäht. Wird Ingenuity in diesem herausfordernden Gelände flexibel bleiben, wenn etwas nicht ganz richtig läuft, oder wird Perseverance den Helikopter einfach zurücklassen?
Absolut. Ich persönlich dachte mir: „Hey, das ist großartig, Ingenuity hat großartige Arbeit geleistet, und das werden wunderbare Daten für das nächste Mal, wenn wir einen Drehflügler zum Mars schicken.“ Ich dachte, dass es etwa 10 sein würden Jahre später – ich dachte, die Rückgabe der Mars-Probe würde mit einem Rover geschehen, und danach könnten wir vielleicht ein paar Helikopter auf den Mars werfen, vielleicht einen Hexakopter mit ein paar wissenschaftlichen Nutzlasten darauf. Niemals in meinen wildesten Träumen hätte ich jemals gedacht, dass wir, während wir noch Ingenuity fliegen, die nächste Hubschraubermission auf der Grundlage von Ingenuity entwerfen würden, um zum Mars zu fliegen.
Es gibt ein sogenanntes taktisches Fenster, das wir zwischen dem Downlink der letzten Sol-Aktivität und dem Zeitpunkt haben, an dem wir die Uplink-Aktivität für das nächste Sol benötigen, das irgendwo zwischen fünf und zehn Stunden liegt. Während dieses Zeitfensters muss eine bestimmte Kadenz von Aktivitäten stattfinden, und wir müssen bestimmte Kontrollpunkte passieren, damit unsere Daten rechtzeitig hochgeladen und durch das Deep Space Network ausgestrahlt werden. Wir haben sehr, sehr hart daran gearbeitet, unseren Fußabdruck auf dieser Zeitlinie zu minimieren, und gleichzeitig reaktiv reagiert, damit wir schnell auf Änderungen in letzter Minute reagieren können, die das Rover-Team von uns verlangen muss. Wir müssen rein, fliegen und raus.
Tzanetos: Unzählige Dinge, da ich gerade darüber gesprochen habe, schneller und höher zu fliegen, und wir jetzt den Flugbereich von Ingenuity legitim erweitert haben. Es gibt das Argument der Lebensdauer, das offensichtlich ist – dieses Design hat viel länger gehalten, als irgendjemand hätte erwarten können, selbst nur in Bezug auf Teile und Verarbeitung. Jede der fast 1.000 Lötstellen von Ingenuity wurde von Technikern bei JPL gelötet, die über die gesegnetsten und präzisesten Hände verfügen. Wir hatten Ingenuity entworfen, um im Frühling auf dem Mars zu fliegen, aber während des Marswinters schwankte die Temperatur für mehr als 200 Sols zwischen 20 °C und –90 °C und wieder zurück. Irgendwann wurde es so kalt, dass die Batterie von Ingenuity jede Nacht leer war, die Heizung aufhörte zu laufen und alles einfror. Das war ein gewaltiger Kurvenball, mit dem wir fertig werden mussten, aber aufgrund der Handwerkskunst dieser Leute konnte Ingenuity überleben.
Das ist erstaunlich. Es muss sich für Sie wirklich gut anfühlen, dass Sie das Aussehen der Probenrückgabe-Mission aufgrund des Erfolgs von Ingenuity komplett geändert haben.
„Eines der besten Kennzeichen für technologischen Erfolg ist, wenn man es nicht merkt oder wenn es langweilig wird. Das bedeutet, dass die Technologie funktioniert, und das ist ein wunderbares Gefühl.“ – Teddy Tzanetos, NASA
Unsere Partner bei AeroVironment [die mit JPL am Design des Marshubschraubers gearbeitet haben] hatten einen der Taumelscheibenmechanismen herumliegen, also sprachen sie mit unseren Geologen, um herauszufinden, welche Arten von Staubpartikeln möglicherweise in die Taumelscheibe auf dem Mars geblasen wurden. Wir schickten ihnen simulierten Marsstaub, und sie warfen ihn auf die Taumelscheibe und führten dann ein Experiment durch, um herauszufinden, wie oft sie ihn durchlaufen mussten, bevor er richtig funktionierte. Sieben Zyklen haben den größten Teil des Staubs entfernt, also haben wir das auf dem Mars versucht, und es hat funktioniert. Jetzt haben wir also ein neues Werkzeug in unserem Werkzeuggürtel: Wir wissen, wie man sich selbst reinigt. Das ist riesig. Und wir wären auf all diese Dinge nicht gekommen, wenn wir nicht fünf Flüge hinter uns gebracht hätten.
Ingenuity wird jederzeit Flug 50 versuchen, mit dem Ziel, 300 Meter auf die andere Seite eines Bergrückens zu reisen. Der Landeplatz kann es schwierig machen zu wissen, ob der Flug erfolgreich war, bis Perseverance ein wenig aufholt, aber wir hoffen, die guten Nachrichten in den nächsten Tagen zu hören.
Das gesamte Design. Ich glaube nicht, dass wir über Probenbergungshubschrauber sprechen würden, wenn Ingenuity nicht fliegen würde, Punkt, und wenn es nicht so lange überlebt hätte wie es jetzt der Fall ist. Sie müssen bedenken, dass Ingenuity eine Tech-Demo ist. Diese Musterbergungshubschrauber sind jetzt ein echter Teil der Mission. Wenn Perseverance im nächsten Jahrzehnt eine Anomalie hat, sind diese Helikopter die Reserve – sie müssen funktionieren. Und ich bin mir sicher, dass Ingenuitys zwei Jahre andauernder Betrieb die nötigen Beweise lieferten, um überhaupt anfangen zu können, über die Musterbergungshubschrauber zu sprechen. Andernfalls wäre es verrückt zu denken: „Lass uns innerhalb eines Jahres von der Tech-Demo zum Teil einer Klasse-B-Mission werden.“
Wir tun unser Bestes, um effizienter zu werden, und ich denke, das ist ein großer Sieg, den wir im Ingenuity-Team intern nicht genug feiern – wie viel effizienter wir heute im Vergleich zu zwei Jahren sind vor. Sie haben vorhin erwähnt, dass das Fliegen zur Routine wird. Ich denke, das ist dem Team gelungen, und ich bin sehr stolz auf diese Leistung. Eines der besten Kennzeichen für technologischen Erfolg ist, wenn Sie es nicht bemerken oder wenn es langweilig wird. Das heißt, die Technik funktioniert, und das ist ein wunderbares Gefühl.
Auch Staub. Wir wussten, dass sich Staub auf dem Solarpanel von Ingenuity ablagern würde, aber wir haben gezeigt, dass es beim Fliegen einen Effekt gibt, der uns dabei hilft, unser Panel sauber zu halten. Es ist schwierig, genau zu sagen, was es ist – vielleicht die Schwingung des Flugs oder der Abwind der Luft, die über das Solarpanel und in die Rotoren strömt, oder die entgegenkommende Luft, wenn wir uns vorwärts bewegen. Und es war nicht nur der Staub auf den Platten; Wir haben auch Staub in unsere Stellantriebe bekommen. Letztes Jahr hat Ingenuity einen großen Staubsturm überstanden, und als wir danach versuchten, unsere Steuerflächen zu überprüfen, sah es nicht gut aus. Die Motorströme waren viel zu hoch, und wir kratzten uns am Kopf und versuchten herauszufinden, was wir tun sollten. Wir hatten keine Staubmanschetten um das Rotorsystem, einfach weil wir dachten: „Wir werden nur 30 Tage in Betrieb sein, wir brauchen sie nicht.“
Anomalien werden passieren. Das ist einfach die Natur des Mars. Aber wenn diese Momente eintreten, unterstützen sich die Hubschrauber- und Rover-Teams gegenseitig. Um es klar zu sagen, niemand im Helikopterteam will den Rover verzögern. Wir alle wollen, dass der Rover seine Mission erfüllt, seine Proben bekommt und die Wissenschaft erledigt. Wenn wir eine ernsthafte Anomalie haben, müssen wir jeweils einen Sol nehmen. Wir werden uns so sehr wie möglich bemühen, sicherzustellen, dass wir dieses kleine Baby so weit wie möglich vorantreiben und gleichzeitig die Kernaufgabe der Wissenschaft erfüllen können.
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Aus Sicht der Robotik hoffe ich, dass eine der lang anhaltenden Auswirkungen von Ingenuity die Einführung kommerzieller Standardtechnologie in mehr NASA-Missionen und anderen Nicht-NASA-Missionen in den Weltraum ist. Dies war das erste Mal, dass wir einen Handy-Prozessor flogen, nicht weil uns die Idee gefiel, ein nicht strahlungsgehärtetes Teil zu verwenden, sondern weil wir dazu gezwungen waren. Wir brauchten einen Prozessor mit hohem Durchsatz, und die einzige Möglichkeit, dies zu tun und leicht genug zu sein, bestand darin, einen Handy-Chip zu verwenden. Es gab viele Bedenken darüber – wir haben einige anfängliche Tests durchgeführt, aber da wir eine Tech-Demo waren, was ein hohes Risiko und eine hohe Belohnung bedeutet, konnten wir nur so viel tun. Und hier sind wir, zwei Jahre später, mit diesem Snapdragon-Qualcomm-Prozessor, der seit zwei Jahren auf der Marsoberfläche läuft, ganz zu schweigen von all den anderen Komponenten wie der IMU [Inertial Measurement Unit], der Kamera, dem Akku , die Sonnenkollektoren. Ich denke, das ist einer der unbesungenen Siege von Ingenuity. Wir haben jetzt einen Anteil am Boden, um zu sagen: „Werke von der Stange, wir können diesen Dingen vertrauen.“ Und wir können ein stärkeres Argument für die nächste Mission vorbringen, um Ihren Ingenieuren und Ihren Wissenschaftlern wirklich zu ermöglichen, viel zu haben mehr Technologie an Bord als alles andere, was wir in den Weltraum geschickt haben.
Können Sie etwas über einige der neuen Herausforderungen sagen, denen sich Ingenuity gegenübersah, als es zusammen mit dem Perseverance-Rover das Flussdelta des Jezero-Kraters hinaufwanderte?
Jetzt, da sowohl der Rover als auch der Helikopter mit dem Aufstieg zum Flussdelta begonnen haben, achten wir auch sehr genau auf unsere Budgetkarten für Telekommunikationsverbindungen. Sie können sich vorstellen, dass jeder Hügel oder Anstieg, der die Sichtlinie zwischen der Helikopterantenne und der Roverantenne verdecken könnte, einen großen Einfluss auf Ihre Telekommunikationsverbindung hat, und wir haben wunderbare Karten aus dem Orbit, auf denen wir einen potenziellen Landepunkt auswählen und unseren verbreiten können Berechnung des Richtfunkbudgets über diesen Punkt hinweg.
Für das Team von Ingenuity war diese neue Arbeitsweise Herausforderung und Chance zugleich. Das war nichts Neues für Leute, die es geschafft haben, diese 30-tägige Technologiedemo jahrelang am Leben zu erhalten, gesund und produktiv, und das alles aus ein paar hundert Millionen Kilometern Entfernung. IEEE Spectrum sprach letzte Woche mit dem Ingenuity-Teamleiter Teddy Tzanetos am JPL darüber, ob das Fliegen auf dem Mars jemals Routine ist, wie sie Ingenuity für seine erweiterte Mission aufgerüstet haben und was der Erfolg des Hubschraubers für die Zukunft der luftgestützten Erforschung und Wissenschaft auf dem Mars bedeutet .
Wenn Sie sich die Rückholhubschrauber der Mars-Probe ansehen, wie viel von ihrem Design wurde durch die Tatsache ermöglicht, dass Ingenuity so lange fliegen und diese Fragen beantworten konnte, an die Sie vielleicht nicht einmal gedacht hätten?
IEEE Spectrum: Sind 50 Flüge auf dem Mars ein Meilenstein für Sie, oder sind die Dinge jetzt Routine genug, dass Sie es nur als einen weiteren Flug betrachten?
Der Ingenuity-Helikopter des Jet Propulsion Laboratory bereitet sich auf den 50. Flug seiner aus fünf Flügen bestehenden Mission zum Mars vor. Flug 49, der letztes Wochenende stattfand, war der bisher schnellste und höchste – der kleine Hubschrauber flog 282 Meter in einer Höhe von 16 Metern und erreichte eine Höchstgeschwindigkeit von 6,50 Metern pro Sekunde. Keine schlechte Leistung für eine Tech-Demo, die vor zwei Jahren beendet werden sollte.
Tzanetos: Das ist der lustige Teil! Es gibt keine Bedienungsanleitung. Die Art und Weise, wie wir es tun, ist, dass wir mit den Kernleuten des Teams telefonieren, und jeder teilt einfach seine Meinung mit. Die höchste Priorität für uns ist es, gute Scouting-Bilder für die Wissenschaftler und Rover-Fahrer zu bekommen – wir nutzen diese Gelegenheiten. Wenn wir durch ein Stück Gelände fliegen, das nicht besonders interessant ist, fangen wir an, uns die Entwicklung des Flugbereichs anzusehen, richtig? Mit Flug 49 fliegen wir höher als je zuvor und fliegen schneller als je zuvor. Das ist keine Forderung der Wissenschaftsgemeinde oder der Rover-Planer; Das kommt von unserem eigenen internen Team, in dem wir versuchen, im Laufe der Flüge Stück für Stück Kapazitäten freizugeben, denn jedes Mal, wenn wir diesen Sieg erzielen, ist dies ein Gewinn für die Musterbergungshubschrauber. Es gibt also diesen allgegenwärtigen Druck, stärker zu pushen, schneller zu pushen, höher zu pushen. Und lasst uns unterwegs auch ein paar wunderbare Scouting-Daten sammeln, wenn wir können.
„Wir haben jetzt einen Anteil am Boden, um sagen zu können: „Werke von der Stange, wir können diesen Dingen vertrauen.“ – Teddy Tzanetos, NASA
Und dann begannen wir zu erkennen, dass der Rover in etwa sechs Monaten in das Flussdelta einfahren würde. Es wird anfangen, Dutzende von Höhenmetern zu überwinden und Schluchten zu durchqueren, und das wird ein Telekommunikationsproblem für uns darstellen. Wir wussten, dass es nicht mehr so weitergehen konnte wie bisher – wenn wir diese Hubschraubermission noch am Laufen halten wollten, mussten wir nicht nur unsere Arbeitsweise ändern, sondern auch den Hubschrauber selbst.
Aus Ihren Website-Artikeln
Teddy Tzanetos: Es ist enorm bedeutungsvoll. Wir werden gleich auf die Routinefrage zurückkommen, aber sie ist für uns alle sehr bedeutsam. Als wir 10 und dann 25 erreichten, war das großartig, aber 50 ist jetzt eine ziemlich ernste Zahl, da wir das Zehnfache unserer anfänglichen Flugzahl erreicht haben. Zwei Jahre später, zehn Kilometer geflogen, und wir sind jetzt weit über eine Stunde am Marshimmel. Es ist also eine große Sache, Flug 50 zu erreichen – wir werden wahrscheinlich eine Happy Hour veranstalten und eine große Party für das Team veranstalten.
Ab hier wird es für Ingenuity nur noch schwieriger. Während der Perseverance-Rover seinen Aufstieg das alte Flussdelta des Jezero-Kraters fortsetzt, versucht Ingenuity sein Bestes, um vorauszuschauen. Aber die gewundenen Hügel und Täler erschweren es dem Hubschrauber, mit dem Rover und durch den Rover mit seinem Team auf der Erde zu kommunizieren. Und es bleibt nicht viel Zeit oder Platz übrig, weil Ingenuity nicht zu nahe an Perseverance fliegen darf, was bedeutet, dass, wenn der Rover den Hubschrauber jemals einholt, der Hubschrauber möglicherweise zurückgelassen werden muss Rovers eigene Sicherheit. Dieses Rennen mit hohen Einsätzen zwischen dem Helikopter-Scout und dem Wissenschaftsrover wird kilometerweit fortgesetzt.